氣體動(dòng)力學(xué)試題

一、簡(jiǎn)答題：（共20分，每小題4分）1、何謂流線和跡線？各有何特點(diǎn)？答：流線是在某一瞬間，將流場(chǎng)中各點(diǎn)的流體微團(tuán)的運(yùn)動(dòng)方向連接而成的一條光滑曲線。跡線是流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的軌跡線。流線具有以下特點(diǎn)：①流線上各點(diǎn)的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)流體微團(tuán)的速度方向；②一般情況下，流線彼此不相交；③流體微團(tuán)不會(huì)跨越流線流動(dòng)；④在不定常流中，流線和跡線一般不重合；在定常流中，二者必然重合。跡線只隨流體微團(tuán)的不同而不同，與時(shí)間無關(guān)。2、說明不可壓流的流速如何測(cè)量？寫出所用公式。答：用先漸縮后漸擴(kuò)的文特利管分別測(cè)量管道兩個(gè)面積不同截面的壓力，在已知流體密度和兩個(gè)截面面積情況下，可以計(jì)算出流體在十'一^2-2截面處的速度為：3、馬赫波與激波的形成有何不同？氣流穿過馬赫波和\p[1-（牛）2]激波的總參數(shù)及熵的變化有何特點(diǎn)？1答：馬赫波是微弱擾動(dòng)在超音速氣流中的傳播形成的。激波是超音速氣流中n道微弱壓縮波疊加在一起形成的。氣流穿過馬赫波后總溫、總壓不變，是等熵過程。氣流穿過激波后總溫不變，總壓下降，是熵增過程。4、何為范諾線？由范諾線可以得到摩擦管流的哪些特性？答：范諾線是摩擦管流中給定總焓和密流情況下作出的等截面管流的焓-熵曲線。由范諾線可以得到Ma數(shù)在不同范圍時(shí)焓和熵的變化關(guān)系：Ma數(shù)小于1時(shí)，焓隨熵的增加而減??；Ma數(shù)大于1時(shí)，焓隨熵的增加而增大。另外，由范諾線也可以看到，單純的摩擦作用不可能使亞音速流變?yōu)槌羲倭?，也不可能使超音速流變?yōu)閬喴羲倭鳌Ｗ罱K的趨勢(shì)都是臨界狀態(tài)。5、體流過管路的損失有幾種？如何減小各種損失？答：有沿程損失和局部損失。減小摩擦、減小管長(zhǎng)及加大管徑可減少沿程損失；減緩管截面變化、彎管加導(dǎo)流片等可減少局部損失。二、多項(xiàng)判斷題，將正確答案填在括號(hào)中：（共20分，每小題4分）1、流體的流線（b，d）（a）只在采用拉格朗日法表示流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)時(shí)才采用；（b）只在采用歐拉法表示流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)時(shí)才采用；（c）只隨流體微團(tuán)不同而變化，與時(shí)間無關(guān)；（d）隨時(shí)間不斷發(fā)生變化；2、貝努利方程（b，d）（a）與能量方程無關(guān)；（b）也稱為機(jī)械能形式的能量方程；（c）僅用于不可壓縮流體；（d）既可用于不可壓縮流體，也可用于可壓縮流體；3、可壓縮流體在收縮-擴(kuò)張管道中流動(dòng)，并出現(xiàn)壅塞時(shí)，（b，d）（a）收縮段中的流動(dòng)始終是超聲速的；（b）擴(kuò)張段可能出現(xiàn)正激波；（c）正激波的位置與反壓無關(guān)；（d）喉部壓力與入口壓力之比與流動(dòng)的幾何形狀無關(guān)；4、等面積管道中，具有摩擦的絕熱亞音速流動(dòng)，沿流向（c，d）（a）溫度將升高；（b）總溫下降；（c）總壓下降；（d）極限馬赫數(shù)是1;5、理想氣體在無摩擦等面積管道中作絕熱流動(dòng)，（b,d）（a）沿流向壓力一定減??；（b）速度將保持不變；（c）熵將增大；（d）馬赫數(shù)將保持不變；三、計(jì)算題：（共60分）1、（15分）不可壓流體流過水平放置的180o彎管，管道進(jìn)口截面積是出口截面積的2倍，若忽略流動(dòng)過程的摩擦損失，的力。已知：A=2A,A、V、.1211求：FP「P且已知進(jìn)口截面的面積*、流速V】、壓力P］、密度P,求流體作用在彎管上解：由連續(xù)性方程：UA=^A所以：匕=^^1=2VA1流動(dòng)過程的摩擦損失，的力。已知：A=2A,A、V、.1211求：FP「P由貝努力方程：+-（K2-U2）=0TOC\o"1-5"\h\zP221得：p=p+—（v2-v2）=p-3￡站2:21+212121設(shè)彎管對(duì)水流的作用力為R,由動(dòng)量守恒方程：R=-P1A1-P2A2-PV1A（V2+V1）得：=-PA—1A（P—3^V2）-PVA（3V）112112111139-=-2P1A1-4PV12A139一水流對(duì)彎管的作用力為：F=-R=^P1A1+彳pV12A1方向與水流進(jìn)口方向相同。2.（15分）一絕熱管道在直徑10cm處，空氣流速為30m/s,壓力為3atm。在下游某截面處壓力為1.5atm，溫度為200K。試求空氣質(zhì)量流量、兩個(gè)截面的馬赫數(shù)和管道下游截面處的直徑?？諝獾腨=1.4,R=287J/Kg.K。已知：D=10cm,V=30m/s,P=3atm,P=1.5atm,T=200KTOC\o"1-5"\h\z11122求：q「Ma「Ma2、D2解：由絕熱過程方程得：T=T（-1））=200（直）1.4=243.8K12P21.5由Ma=0.0959查表得：P=0.99351P*計(jì)算得：p=%*p=15*0.9935=0.4968P*P1p*3查表得：Ma2=1.051由流量關(guān)系得：Aq（X1）=a2q（X2）僅供個(gè)人學(xué)習(xí)參考3、（20分）拉瓦爾噴管喉部最小截面積為4*10-402，出口截面的面積為6.76*10-4m2，噴管周圍的大氣壓力為1*105Pa，噴管進(jìn)口氣流總溫為288K，求：當(dāng)進(jìn)口氣流總壓為1.5*105Pa時(shí)，噴管出口處氣流的Ma數(shù)、空氣流量以及管中有激波時(shí)激波的位置。流量公式中的系數(shù)K=0.0404,空氣絕熱指數(shù)為Y=1.4，氣體常數(shù)R=287J/Kg。已知：A=4*10-402，A=6.76*10-402，P=1*105Pa，T*=288K，P*=1.5*105Pa,、teb11求：Ma、q、A解：首先堿定三個(gè)劃界限反壓：,44*10-4由：4=676*；04=0.592=q（人°）查表得：（人°）、訕=0.402，（人/sup=1.63，兀（*）sub=0.9088，兀（人e）sup=0.129所以：Pb\=P*兀(X〉sub=1.5*105*0.9088=1.36*105Pa查表得：烏2=4.4693所以：Pb2=4.4693*0.19*105=0.86*105PaPb3虹Pb1>Pb>Pb2,所以噴管內(nèi)擴(kuò)張段會(huì)產(chǎn)生激波，P°=Pb由流量關(guān)系：q=犬占=4=K-^Ay(X)T*=T*m.'t*t.7*°1eVT1XTe得：y(X)=-1-*魚=技*105*0.592=0.888ePeAe1*105查表得：Ma°=0.5下面確定激波位置:由流量關(guān)系：qm=KP*1_IT得：b=攵=—L=——=0.79

P]*Aeq(X)6.76*10-4*0.75查表得激波前馬赫數(shù)：MaS=1.8273再由流量關(guān)系：q=K』A由流量關(guān)系：qm=KP*1_IT得：b=攵=—L=——=0.79

P]*Aeq(X)6.76*10-4*0.75查表得激波前馬赫數(shù)：MaS=1.8273再由流量關(guān)系：q=K』A=K^S=Aq(XJm：7*trj.*S'S\T1\Te得：AS1*4*10-4A=q(XS)，0.6806=5.88*10-